一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法技术方案

一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，包括步骤：1)对电网电压信号进行采集并进行数据预处理，对得到的电压采样数据进行时域Kaiser窗处理；2)对加窗后的数据依次进行分频段的局部离散傅里叶变换，计算各频段内的谱线幅值；3)统计并排列除基频以外各频段内的谱线幅值，获得特定幅值的谱线；4)对得到的谱线幅值，在相邻两个最大幅值之间进行双谱线插值计算得到频率校正系数，从而确定次同步和超同步分量的频率；5)利用频率校正系数，计算求得幅值和相位的修正公式，获得次同步和超同步分量的幅值和相位。本发明专利技术对采样数据在等间隔频段内进行Kaiser窗函数处理，对获得的特定谱线进行校正处理，得到次同步和超同步的频率、幅值和相位。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法
本专利技术涉及一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法。
技术介绍
近年来，随着大规模风电外送和直流输电工程的不断建设发展，可能诱发的电力系统次同步及超同步振荡等问题逐步凸显。在电网中主要表现为发散或恒幅的次同步和/或超同步电流、电压和功率谐波，并且振荡频率会随着电网运行方式的改变而变化。这将影响电网和设备的安全运行甚至会导致严重的稳定性事故或设备损伤。因此亟需对次(超)同步谐波进行动态测量。现有的相量测量单元(PhasorMeasurementUnit,PMU)是以工频相量为目标，没有专门考虑次(超)同步的策略需求，并且通常将信号中的谐波分量滤除以提高工频相量的策略精度。这必然不能准确反映次(超)同步谐波的动态、不能满足测量要求。PMU算法所基于信号模型一般不考虑分数次谐波，一旦实际信号包含次(超)同步信号分量，不但不能准确检测次(超)同步相量，而且会严重影响基波相量测量结果。而次(超)同步相量的准确度将直接影响谐波的定位，给谐波抑制带来极大的困难。Kaiser窗函数是具有可调性的一种零阶长球面波函数，通过调整窗谱的主瓣宽度和旁瓣衰减的比例，可提高谐波幅值和频率的检测精度。但调节参数选择过大，频率分辨率会降低，检测精度下降。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，无法在PMU中准确检测次(超)同步相量，本专利技术提供一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，其能准确检测次(超)同步相量，且调节参数选择不大，不会降低频率分辨率，检测精度满足要求。解决上述技术问题，本专利技术采用以下的技术方案：一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，其特征是包含以下步骤：(1)采集获得PMU安装点的50个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1，……，N-1；其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；(2)对步骤(1)得到的电压采样数据y(n)采用Kaiser窗函数进行时域加窗处理；Kaiser窗函数w(n)的时域表达式为：其中，I0(β)是贝塞尔函数；n＝0，1，2，…，N/2；β是可调参数，用以调整主瓣宽度和旁瓣电平衰减比例；β越大，旁瓣就越小，主瓣宽度则会相应增加；将步骤(1)得到的电压采样数据y(n)和Kaiser窗函数的离散序列相乘，得到加窗处理后的数据x(n)，具体如下式所示：X(n)＝y(n)(n)；(3)将次同步和超同步范围内的频率划分为等间隔的频段，对从步骤(2)得到的加窗处理后的数据x(n)进行各频段的局部离散傅里叶变换，计算所有频段内除基频之外的峰值频点谱线分量，其局部离散傅里叶变换的计算公式为：其中，k为整数，此处k＝1、2、…，即计算次同步频率对应的第nk根谱线分量；j为虚数单位，e为自然指数函数的底数；是第n1根谱线分量，为复数形式，分别取绝对值即可得到第n1根谱线的幅值：(4)步骤(3)计算得到的第n1根峰值频点谱线对应幅值为X(n1)，其附近抽样得到的幅值最大和次大分别为X(nmax1)和X(nmax2)；令α＝nm-nmax1-0.5，在最大值X(nmax1)和X(nmax2)，之间进行插值，插值的表达式为：其中λ是比例参数，w(2πf)是Kaiser窗函数；由于X(nmax1)和X(nmax2)是已知的，可以计算出λ值；(5)对步骤(4)得到的λ表达式，利用曲线拟合的方法进行多项式拟合逼近，可得α＝F(λ)则第n1根谱线的频率为fn1＝(+n1+0.5)Δf；其中，分辨率(6)对谱线进行加权平均，可得幅值修正公式：(7)相位修正公式为：(8)依次求nk跟谱线的频率、相位和幅值。本专利技术首先对电压信号进行采集和预处理，然后使用加窗谱线插值的方法分频段计算次同步和超同步相量的校正量，最后计算获得次同步和超同步相量频率、幅值和初相位。本专利技术相对于现有技术能取得以下有益效果：采用Kaiser窗插值的离散傅里叶变换在一定程度上消除了频谱的泄露和栅栏效应，能够提高频率的测量精度；利用谱线相位值与频率偏差无关的特点，估计次同步相量相位的方法简单易行。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进一步详细表述。本专利技术的次同步相量测量方法实施例，包括以下步骤：(1)获取电压信号数据：根据IEC61000-4-7标准，采集获得PMU安装点的50个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1，……，N-1，其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；(2)时域加窗处理：对步骤(1)得到的电压采样数据y(n)采用Kaiser窗函数进行时域加窗处理，Kaiser窗函数w(n)的时域表达式为：其中，I0(β)是贝塞尔函数，n＝0，1，2，…，N/2。β是可调参数，可以调整主瓣宽度和旁瓣电平衰减比例；β越大，旁瓣就越小，主瓣宽度则会相应增加；将步骤(1)得到的电压采样数据y(n)和Kaiser窗函数的离散序列相乘，即可得到加窗处理后的数据x(n)，这里取β＝12，具体如下式所示：X(n)＝Y(n)W(n)3、局部离散傅里叶变换：将次同步和超同步范围内的频率划分为等间隔的频段，对从步骤(2)得到的加窗处理后的数据x(n)进行各频段的局部离散傅里叶变换，计算所有频段内除基频之外的峰值频点谱线分量，其局部离散傅里叶变换的计算公式为：其中，k为整数，此处k＝1、2、…，即计算次同步频率对应的第nk根谱线分量；j为虚数单位，e为自然指数函数的底数；是第n1根谱线分量，为复数形式，分别取绝对值即可得到第n1根谱线的幅值：(4)步骤(3)计算得到的第n1根峰值频点谱线对应幅值为X(n1)，其附近抽样得到的幅值最大和次大分别为X(nmax1)和X(nmax2)，令α＝nm-nmax1-0.5，在最大值X(nmax1)和X(nmax2)，之间进行插值，插值的表达式为：其中λ是比例参数，w(2πf)是Kaiser窗函数。由于X(nmax1)和X(nmax2)是已知的，可以计算出λ值；(5)对步骤(4)得到的λ表达式，利用曲线拟合的方法进行多项式拟合逼近，可得α＝F(λ)则第n1根谱线的频率为fn1＝(α+n1+0.5)Δf。其中，Δf是分辨率。(6)对谱线进行加权平均，可得幅值修正公式：(7)相位修正公式为：(8)依次求第nk根谱线对应次同步或超同步成分的频率、相位和幅值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，其特征在于包含以下步骤：1)对电网电压信号进行采集并进行数据预处理，对得到的电压采样数据进行时域Kaiser窗处理；2)对加窗后的数据依次进行分频段的局部离散傅里叶变换，计算各频段内的谱线幅值；3)统计并排列除基频以外各频段内的谱线幅值，获得特定幅值的谱线；4)对得到的谱线幅值，在相邻两个最大幅值之间进行双谱线插值计算得到频率校正系数，从而确定次同步和超同步分量的频率；5)利用频率校正系数，计算求得幅值和相位的修正公式，获得次同步和超同步分量的幅值和相位。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，其特征在于包含以下步骤：1)对电网电压信号进行采集并进行数据预处理，对得到的电压采样数据进行时域Kaiser窗处理；2)对加窗后的数据依次进行分频段的局部离散傅里叶变换，计算各频段内的谱线幅值；3)统计并排列除基频以外各频段内的谱线幅值，获得特定幅值的谱线；4)对得到的谱线幅值，在相邻两个最大幅值之间进行双谱线插值计算得到频率校正系数，从而确定次同步和超同步分量的频率；5)利用频率校正系数，计算求得幅值和相位的修正公式，获得次同步和超同步分量的幅值和相位。2.根据权利要求1所述的电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法，其特征在于：所述的步骤1)具体为：采集获得PMU安装点的50个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1，……，N-1；其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；对得到的电压采样数据y(n)采用Kaiser窗函数进行时域加窗处理，Kaiser窗函数w(n)的时域表达式为：其中，I0(β)是贝塞尔函数，n＝0，1，2，…，N/2；β是可调参数，用以调整主瓣宽度和旁瓣电平衰减比例；β越大，旁瓣就越小，主瓣宽度则会相应增加；将得到的电压采样数据y(n)和Kaiser窗函数的离散序列相乘，即可得到加窗处理后的数据X(n)，具体如下式所示：X(n)＝y(n)W(n)。3.根据权利要求1所述的电力系统电压谐波次同步/超同步相量测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金，张喜铭，胡荣，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44